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金相鑲嵌機(jī)原理

時(shí)間:2025/4/25閱讀:84
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金相鑲嵌機(jī)作為金相制樣技術(shù)里的關(guān)鍵設(shè)備,主要用于對(duì)微小、不規(guī)則或不易手持的金屬樣品進(jìn)行熱固性塑料壓制,其目的是讓樣品形成標(biāo)準(zhǔn)化形狀,便于后續(xù)的打磨、拋光及在金相顯微鏡下進(jìn)行顯微組織觀察。它的工作原理基于熱鑲嵌技術(shù),下面將詳細(xì)介紹。
一、熱鑲嵌的原理基礎(chǔ)
熱鑲嵌過(guò)程主要是利用熱固性樹(shù)脂在特定條件下的物理化學(xué)變化來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品的包裹固定。熱鑲嵌樹(shù)脂通常是熱固化樹(shù)脂與功能性填充物的混合物。常見(jiàn)的熱固化樹(shù)脂種類有酚醛樹(shù)脂、丙烯酸樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、蜜胺樹(shù)脂等 ,這些樹(shù)脂在常溫下呈固態(tài),但在加熱到一定溫度區(qū)間(一般熱鑲嵌樹(shù)脂的加工溫度在 120 - 200 攝氏度)時(shí),會(huì)逐漸軟化直至變?yōu)榭闪鲃?dòng)的液體狀態(tài) ,從而能夠充分包裹住放置其中的樣品。功能性填充物則包括礦物粉、玻璃纖維粉、陶瓷粉、顏料指示劑、銅粉和石墨等,它們的加入能改善鑲嵌體的性能,比如提高硬度、增加耐磨性、改變顏色便于觀察等。
二、工作流程詳解
  1. 樣品預(yù)處理:首先需要對(duì)待鑲嵌的金相試樣進(jìn)行預(yù)處理,這一步至關(guān)重要。需將試樣切割并打磨至適當(dāng)尺寸,確保其表面平整且無(wú)明顯缺陷,之后通過(guò)清洗手段去除表面的油污、雜質(zhì)等污垢,常用的清洗方式有超聲波清洗,以保證樣品表面潔凈,利于后續(xù)鑲嵌料與樣品的良好結(jié)合。

  1. 裝樣入模:將預(yù)處理好的樣品放置在專用的鑲嵌模具中。模具的設(shè)計(jì)需保證在后續(xù)加熱加壓過(guò)程中,鑲嵌料能夠均勻地填充到樣品周?chē)?/span>

  1. 加熱與加壓

  • 加熱:?jiǎn)?dòng)金相鑲嵌機(jī)的加熱系統(tǒng),該系統(tǒng)會(huì)將鑲嵌料加熱至設(shè)定溫度,使鑲嵌料從固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榭闪鲃?dòng)的液態(tài)或半液態(tài),以便其能夠充分包裹試樣。加熱功率和加熱方式對(duì)整個(gè)鑲嵌過(guò)程影響較大,功率越大,可達(dá)到的最高溫度越高,能適應(yīng)的熱鑲嵌樹(shù)脂種類就越多。加熱方向越多,如采用 360 度環(huán)繞加熱,則加熱速度越快,并且若具備加熱冷卻一體化功能,那么加熱控溫會(huì)更加精準(zhǔn)。

  • 加壓:在加熱的同時(shí),通過(guò)特定的壓力施加裝置對(duì)鑲嵌料施加一定壓力。對(duì)于手動(dòng)簡(jiǎn)易型金相鑲嵌機(jī),一般是通過(guò)手動(dòng)旋轉(zhuǎn)手輪,其作用力通過(guò)傘齒輪絲桿等部件使下模向上運(yùn)動(dòng),從而對(duì)鑲嵌料進(jìn)行擠壓;自動(dòng)高效型則采用氣壓或液壓動(dòng)態(tài)自控加壓方式,這種方式能夠更精準(zhǔn)地控制壓力大小和保壓時(shí)間。壓力的作用是使處于軟化或熔化狀態(tài)的鑲嵌料緊密填充到試樣的每一處縫隙和周?chē)_保與試樣緊密結(jié)合,形成牢固的鑲嵌結(jié)構(gòu)。壓力可調(diào)范圍越大,能適用的樣品種類和鑲嵌粉類型就越廣泛,例如氣動(dòng)加壓方式反應(yīng)速度快,且較為干凈;液壓加壓方式則壓力控制精準(zhǔn)、穩(wěn)定 。

  1. 保壓與固化:在達(dá)到一定的加熱溫度和壓力后,需要保持該狀態(tài)一段時(shí)間,即保壓過(guò)程。這段時(shí)間內(nèi),鑲嵌料在高溫高壓下充分滲透到樣品的細(xì)微結(jié)構(gòu)中,與樣品進(jìn)一步融合。保壓時(shí)間結(jié)束后,關(guān)閉加熱系統(tǒng),讓鑲嵌料在壓力下自然冷卻或通過(guò)冷卻系統(tǒng)加速冷卻,逐漸固化。對(duì)于自動(dòng)高效型設(shè)備,通常配備智能節(jié)水式冷卻控制,可根據(jù)設(shè)定程序精準(zhǔn)控制冷卻速度和時(shí)間,確保鑲嵌料均勻固化,避免因冷卻不均導(dǎo)致的鑲嵌體內(nèi)部應(yīng)力集中或出現(xiàn)缺陷。在冷卻過(guò)程中,鑲嵌料的分子結(jié)構(gòu)發(fā)生交聯(lián)反應(yīng),從液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài),將試樣牢固地鑲嵌在其中,最終形成一個(gè)完整且堅(jiān)固的鑲嵌體。

  1. 脫模與后處理:當(dāng)鑲嵌料固化后,便可進(jìn)行脫模操作。手動(dòng)型設(shè)備一般通過(guò)反向搖動(dòng)絲桿等部件,使上蓋板打開(kāi),將試樣取出;自動(dòng)型設(shè)備則通常配備自動(dòng)脫模裝置,操作更加便捷。取出的鑲嵌試樣可能還需要進(jìn)行一些后處理,如切割多余的鑲嵌料部分,對(duì)表面進(jìn)行精細(xì)打磨、拋光等操作,以滿足后續(xù)在金相顯微鏡下進(jìn)行高質(zhì)量顯微組織觀察和分析的要求。

三、不同類型金相鑲嵌機(jī)原理差異
  1. 手動(dòng)簡(jiǎn)易型:這類金相鑲嵌機(jī)在鑲嵌過(guò)程中,加熱環(huán)節(jié)通過(guò)電控加溫實(shí)現(xiàn),即通過(guò)電加熱元件對(duì)鑲嵌模具及內(nèi)部鑲嵌料進(jìn)行加熱,達(dá)到設(shè)定溫度后保持恒溫。加壓過(guò)程則依靠手動(dòng)操作,工作人員手動(dòng)搖動(dòng)機(jī)體外的手輪,通過(guò)一對(duì)傘齒輪帶動(dòng)機(jī)體內(nèi)絲桿,使壓制試樣的下模在剛模套內(nèi)上下移動(dòng),從而對(duì)熱固性塑料連同鑲嵌的試樣施加壓力。在加熱過(guò)程中,試樣制備所需的成形壓力由固定在機(jī)體內(nèi)的彈簧自動(dòng)補(bǔ)償,當(dāng)彈簧被擠壓到限位開(kāi)關(guān)位置時(shí),亮起保壓指示燈,提示操作人員需要繼續(xù)反復(fù)搖動(dòng)幾次手輪,直至保壓時(shí)間達(dá)到要求。冷卻過(guò)程則依靠空氣自然冷卻,鑲嵌料在空氣中緩慢降溫固化。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,操作容易,成本相對(duì)較低;缺點(diǎn)是整個(gè)鑲嵌過(guò)程依賴人工操作,效率偏低,且由于人為因素影響,制樣質(zhì)量的穩(wěn)定性相對(duì)較差 。

  1. 自動(dòng)高效型:自動(dòng)高效型金相鑲嵌機(jī)在原理上有了較大提升,整個(gè)鑲嵌過(guò)程實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)控制。加熱環(huán)節(jié)采用智能溫控技術(shù),通過(guò)高精度的溫度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鑲嵌料的溫度,并將信號(hào)反饋給控制系統(tǒng),控制系統(tǒng)根據(jù)預(yù)設(shè)程序精確調(diào)節(jié)加熱功率,實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控溫。加壓環(huán)節(jié)采用氣壓或液壓動(dòng)態(tài)自控方式,通過(guò)壓力傳感器和控制器精確控制壓力大小和變化過(guò)程,在不同階段提供合適的壓力,確保鑲嵌料均勻填充和良好結(jié)合。冷卻環(huán)節(jié)采用智能節(jié)水式冷卻控制,可根據(jù)鑲嵌料的固化特性和預(yù)設(shè)程序,精確控制冷卻水流速和溫度,實(shí)現(xiàn)快速且均勻的冷卻,大大縮短了制樣周期。同時(shí),自動(dòng)高效型設(shè)備還可以利用先進(jìn)的技術(shù)手段,如采用圖像處理技術(shù)(高分辨率攝像頭)實(shí)現(xiàn)樣品在模具中的精準(zhǔn)定位,以及對(duì)樣品特征進(jìn)行初步分析;支持參數(shù)化設(shè)置,操作人員可根據(jù)不同的樣品和鑲嵌要求,靈活設(shè)置溫度(例如 50 - 180℃)、壓力(如 130bar)等關(guān)鍵參數(shù),從而在保證鑲嵌質(zhì)量的前提下,顯著提高制樣效率,適用于大規(guī)模、高質(zhì)量金相制樣需求的場(chǎng)景 。


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